(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20241107BHJP
E02F 3/32 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 C
E02F9/20 A
E02F3/32 A
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021016061
(22)【出願日】2021-02-03
(65)【公開番号】P2022119075
(43)【公開日】2022-08-16
【審査請求日】2023-12-27
(73)【特許権者】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 昌保
【審査官】荒井 良子
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６３－０５１５３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１５２７４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２１１３６８８５０（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２０１５－１９０５８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２０
Ｅ０２Ｆ ３／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車体フレームと、前記車体フレームに支持されるブームと、前記ブームに連結されるアームと、前記アームに連結されるアタッチメントと、を含む作業機と、
前記ブームを前記車体フレームに回転可能に連結するブームフートピンと、
前記車体フレームに支持され、前記アームを前記ブームに対して相対移動させる駆動力を発生する電動機と、
前記電動機の発生する駆動力を機械的に前記アームに伝達する動力伝達装置と、を備え、
前記動力伝達装置は、前記ブームフートピンと同心で前記車体フレームに対して相対回転運動する第１伝達部と、前記第１伝達部の前記相対回転運動によって前記アームに動力を伝達する第２伝達部とを有し、
前記第２伝達部は、前記ブームに接続された中間部材と、前記中間部材に連結され前記中間部材に駆動力を伝達する棒状の第１リンク部材と、前記中間部材と前記アームとを連結する棒状の第２リンク部材とを有する、作業機械。
【請求項2】
前記電動機の回転を減速し駆動力を増大して出力する遊星歯車減速機をさらに備える、請求項１に記載の作業機械。
【請求項3】
前記電動機と前記遊星歯車減速機とが一体構造である、請求項２に記載の作業機械。
【請求項4】
前記第１伝達部は、前記ブームフートピンを中心として回転可能な歯車部材を有し、前記作業機械は、前記歯車部材に噛み合う第１出力ギヤと、前記歯車部材に噛み合う第２出力ギヤとをさらに備え、
前記電動機は、前記第１出力ギヤに駆動力を伝達する第１電動機と、前記第２出力ギヤに駆動力を伝達する第２電動機とを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項5】
前記第１電動機と前記第２電動機とは、同一仕様である、請求項４に記載の作業機械。
【請求項6】
前記作業機械は、前記作業機を動作させるために操作される操作装置をさらに備え、前記操作装置の操作に応じて、前記第１電動機と前記第２電動機との回転方向および発生する駆動力を調整可能である、請求項５に記載の作業機械。
【請求項7】
前記車体フレームに支持され、前記ブームを前記車体フレームに対して相対移動させる駆動力を発生するブーム用電動機をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項8】
前記作業機械は、前記ブームフートピンを中心として回転可能なブーム用歯車部材と、前記ブーム用歯車部材に噛み合う第１ブーム用出力ギヤと、前記ブーム用歯車部材に噛み合う第２ブーム用出力ギヤとをさらに備え、前記ブーム用電動機は、前記第１ブーム用出力ギヤに駆動力を伝達する第１ブーム用電動機と、前記第２ブーム用出力ギヤに駆動力を伝達する第２ブーム用電動機とを有する、請求項７に記載の作業機械。
【請求項9】
前記ブーム用歯車部材は、前記ブームの側面に固定されている、請求項８に記載の作業機械。
【請求項10】
前記アタッチメントは、前記ブームに対して相対移動可能であり、前記アタッチメントを前記ブームに対して相対移動させる駆動力を発生するアタッチメント用電動機と、
前記アタッチメント用電動機の発生する駆動力を機械的に前記アタッチメントに伝達するアタッチメント用動力伝達装置と、をさらに備え、
前記アタッチメント用動力伝達装置は、前記アタッチメントに連結されたラックと、前記ラックと噛み合うピニオンとを有する、請求項１に記載の作業機械。
【請求項11】
前記アタッチメント用動力伝達装置は、フレキシブルシャフトを有する、請求項１０に記載の作業機械。
【請求項12】
前記アタッチメント用動力伝達装置は、前記アタッチメント用電動機の回転を減速し駆動力を増大して出力するアタッチメント用遊星歯車減速機を有する、請求項１０または請求項１１に記載の作業機械。
【請求項13】
前記ラックと前記ピニオンとは、前記アームに支持されている、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項14】
前記作業機械は、前記アームに入力される荷重を緩衝する緩衝機構をさらに備え、前記アタッチメント用電動機は、前記緩衝機構を介して前記アームに搭載される、請求項１３に記載の作業機械。
【請求項15】
前記アタッチメントは、前記ブームに対して相対移動可能であり、前記車体フレームに搭載され、前記アタッチメントを前記ブームに対して相対移動させる駆動力を発生するアタッチメント用電動機と、
前記アタッチメント用電動機の発生する駆動力を前記アタッチメントに伝達するアタッチメント用動力伝達装置と、をさらに備え、
前記アタッチメント用動力伝達装置は、前記アタッチメント用電動機により駆動され圧油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出する前記圧油により駆動されるダブルロッドシリンダと、前記油圧ポンプと前記ダブルロッドシリンダとを繋ぐ閉油圧回路と、を有する、請求項１に記載の作業機械。
【請求項16】
前記ダブルロッドシリンダは、筒状のシリンダ部と、前記シリンダ部内を往復移動可能なピストン部と、基端が前記ピストン部に連結され先端が前記アタッチメントに連結される第１ロッド部と、基端が前記ピストン部に連結され先端が前記シリンダ部の外部に突き出る第２ロッド部と、を有する、請求項１５に記載の作業機械。
【請求項17】
前記ピストン部は、前記シリンダ部内を第一室と第二室とに仕切り、前記閉油圧回路は、前記油圧ポンプと前記第一室とを繋ぐ第１油路と、前記油圧ポンプと前記第二室とを繋ぐ第２油路とを有する、請求項１６に記載の作業機械。
【請求項18】
前記ダブルロッドシリンダは、前記アームに支持されている、請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の作業機械。
【請求項19】
前記ダブルロッドシリンダは、前記アームに対して回転可能である、請求項１８に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
特開２０１５－１９０５８７号公報（特許文献１）には、フロント作業装置を備える油圧ショベルが開示されている。フロント作業装置は、ブーム、アームおよびバケットを備えている。ブームは、ブームシリンダによって駆動される。アームは、アームシリンダによって駆動される。電動機により油圧ポンプが駆動され、油圧ポンプから吐出される作動油がアームシリンダに供給されて、アームシリンダが伸縮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１９０５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、地球環境に対する関心が高まっており、作業機械についてもさらなる環境への配慮が求められている。
【0005】
本開示では、従来よりも環境に配慮した作業機械が提案される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一の局面に従った作業機械は、車体フレームと、作業機と、ブームフートピンと、電動機と、動力伝達装置とを備えている。作業機は、車体フレームに支持されるブームと、ブームに連結されるアームと、アームに連結されるアタッチメントと、を含んでいる。ブームフートピンは、ブームを車体フレームに回転可能に連結する。電動機は、車体フレームに支持されている。電動機は、アームをブームに対して相対移動させる駆動力を発生する。動力伝達装置は、電動機の発生する駆動力を機械的にアームに伝達する。動力伝達装置は、ブームフートピンと同心で車体フレームに対して相対回転運動する第１伝達部と、第１伝達部の相対回転運動によってアームに動力を伝達する第２伝達部とを有している。
【0007】
本開示の一の局面に従った作業機械は、車体フレームと、作業機と、電動機と、動力伝達装置とを備えている。作業機は、車体フレームに支持されるブームと、ブームに対して相対移動可能なアタッチメントとを含んでいる。電動機は、アタッチメントをブームに対して相対移動させる駆動力を発生する。動力伝達装置は、電動機の発生する駆動力を機械的にアタッチメントに伝達する。動力伝達装置は、アタッチメントに連結されたラックと、ラックと噛み合うピニオンとを有している。
【0008】
本開示の一の局面に従った作業機械は、車体フレームと、作業機と、電動機と、動力伝達装置とを備えている。作業機は、車体フレームに支持されるブームと、ブームに対して相対移動可能なアタッチメントとを含んでいる。電動機は、車体フレームに搭載されている。電動機は、アタッチメントをブームに対して相対移動させる駆動力を発生する。動力伝達装置は、電動機の発生する駆動力をアタッチメントに伝達する。動力伝達装置は、電動機により駆動され圧油を吐出する油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出する圧油により駆動されるダブルロッドシリンダと、油圧ポンプとダブルロッドシリンダとを繋ぐ閉油圧回路と、を有している。
【発明の効果】
【0009】
本開示に従えば、作業機の動作の電動化が進められた、環境に配慮した作業機械を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第一実施形態に基づく作業機械の構成を概略的に示す側面図である。
【図2】車体フレームおよび作業機の斜視図である。
【図3】車体フレームおよび作業機の平面図である。
【図4】ブームに駆動力を伝達する動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【図5】電動機から歯車部材までの動力伝達経路のスケルトン図である。
【図6】アームに駆動力を伝達する動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【図7】ダブルモータ駆動の構造を概略的に示す図である。
【図8】ダブルモータ駆動の制御について示す図である。
【図9】操作レバーの斜視図である。
【図10】歯車部材の停止時の操作レバーを示す模式図である。
【図11】歯車部材の低速反時計回り回転時の操作レバーを示す模式図である。
【図12】歯車部材の低速時計回り回転時の操作レバーを示す模式図である。
【図13】歯車部材の高速反時計回り回転時の操作レバーを示す模式図である。
【図14】歯車部材の高速時計回り回転時の操作レバーを示す模式図である。
【図15】モータ直列配置の概略図である。
【図16】モータ並列配置の概略図である。
【図17】作業機を簡略化した図である。
【図18】ブームを車体フレームに対して相対移動させた状態の簡略図である。
【図19】アームをブームに対して相対移動させた状態の簡略図である。
【図20】ブームを車体フレームに対して相対移動させ、アームをブームに対して相対移動させた状態の簡略図である。
【図21】第二実施形態に基づく、バケットに駆動力を伝達する動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【図23】第三実施形態に基づく、バケットに駆動力を伝達する動力伝達装置の概略構成を示す図である。
【図24】ダブルロッドシリンダを駆動する油圧回路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【0012】
以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、運転室４内の運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした方向である。
【0013】
［第一実施形態］
＜全体構成＞
図１は、第一実施形態に基づく作業機械の一例としての電動式ショベル３０の構成を概略的に示す側面図である。図１には、右方から側面視した電動式ショベル３０の概略構成が示されている。図１に示されるように、実施形態の電動式ショベル３０は、旋回体２と、走行体５と、作業機１０とを主に有している。旋回体２と走行体５とにより、電動式ショベル３０の車体１が構成されている。
＜全体構成＞
図１は、第一実施形態に基づく作業機械の一例としての電動式ショベル３０の構成を概略的に示す側面図である。図１には、右方から側面視した電動式ショベル３０の概略構成が示されている。図１に示されるように、実施形態の電動式ショベル３０は、旋回体２と、走行体５と、作業機１０とを主に有している。旋回体２と走行体５とにより、電動式ショベル３０の車体１が構成されている。
【0014】
走行体５は、左右一対の履帯装置５Ｃｒを有している。左右一対の履帯装置５Ｃｒの各々は、履帯を有している。左右一対の履帯が回転駆動されることにより、電動式ショベル３０が自走する。走行体５が履帯装置５Ｃｒの代わりに車輪（タイヤ）を有していてもよい。
【0015】
旋回体２は、走行体５に対して旋回自在に設置されている。旋回体２は、車体フレーム３と、運転室（キャブ）４と、カウンタウェイト６とを主に有している。運転室４とカウンタウェイト６とは、車体フレーム３に搭載されている。
【0016】
オペレータは、運転室４に搭乗して、電動式ショベル３０を操作する。運転室４は、旋回体２のたとえば前方左側（車両前側）に配置されている。運転室４の内部空間には、オペレータが着座するための運転席４Ｓが配置されている。本開示では電動式ショベル３０は運転室４内から操作されるが、電動式ショベル３０から離れた場所から無線により電動式ショベル３０が遠隔操作されてもよい。カウンタウェイト６は、運転室４に対して旋回体２の後方側（車両後側）に配置されている。カウンタウェイト６は、旋回体２の後部に配置されている。
【0017】
作業機１０は、旋回体２の前部であってたとえば運転室４の右側において、旋回体２に支持されている。作業機１０は、ブーム１１と、アーム１２と、バケット１３とを有している。
【0018】
ブーム１１の基端部は、ブームフートピン１５により旋回体２に回転可能に連結されている。ブームフートピン１５は、左右方向に延びており、ブーム１１の基端部を貫通している。アーム１２の基端部は、アーム連結ピン１６によりブーム１１の先端部に回転可能に連結されている。アーム連結ピン１６は、左右方向に延びており、ブーム１１の先端部とアーム１２の基端部とを貫通している。バケット１３は、アタッチメント連結ピン１７によりアーム１２の先端部に回転可能に連結されている。アタッチメント連結ピン１７は、左右方向に延びており、アーム１２の先端部とバケット１３の基端部とを貫通している。
【0019】
バケット１３は、作業機１０の先端部分を構成している。実施形態のバケット１３は、アーム１２を介してブーム１１に連結されている。バケット１３がアタッチメント連結ピン１７を中心として回転する、および／または、アーム１２がアーム連結ピン１６を中心として回転することにより、バケット１３はブーム１１に対して相対移動する。バケット１３は、ブーム１１に対して相対移動可能に構成されている。
【0020】
バケット１３は、複数の刃を有している。バケット１３の先端部を、刃先１３Ａと称する。なお、バケット１３は、刃を有していなくてもよい。バケット１３の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。
【0021】
バケット１３は、作業機１０の先端に着脱可能に装着され、アーム１２に対して回転可能なアタッチメントの一例である。作業の種類に応じて、アタッチメントが、ブレーカ、グラップル、またはリフティングマグネットなどに付け替えられる。
【0022】
作業機１０は、バケットリンク２１を有している。バケットリンク２１は、第１部材２２と、第２部材２３とを有している。第１部材２２と第２部材２３とは、相対回転可能に連結されている。第１部材２２と第２部材２３とは、リンクピン２４によりピン連結されている。第１部材２２は、リンクピン２５によりアーム１２に回転可能に連結されている。第２部材２３は、バケット１３の根元部分のブラケットに、リンクピン２６により回転可能に連結されている。
【0023】
第１部材２２は、棒状の形状を有している。第１部材２２は、一端において第２部材２３と連結されており、他端においてアーム１２と連結されている。第２部材２３は、棒状の形状を有している。第２部材２３は、一端において第１部材２２と連結されており、他端においてバケット１３と連結されている。
【0024】
図２は、車体フレーム３および作業機１０の斜視図である。図３は、車体フレーム３および作業機１０の平面図である。車体フレーム３は、左右一対の縦板７，８を有している。縦板７，８は、前後方向（図３においては図中の左右方向）に延びている。縦板７，８は、旋回体２の幅方向（左右方向）に間隔を空けて配置されている。縦板７，８は、上下方向に立てられた板により構成されており、互いに左右方向に距離を隔てて配置されている。運転室４は、左の縦板７よりも左方に配置されている。作業機１０は、左右方向において縦板７，８の間に配置されている。作業機１０は、左の縦板７よりも右方に配置されており、右の縦板８よりも左方に配置されている。
【0025】
＜電動機１００＞
実施形態の電動式ショベル３０では、作業機１０を駆動させる駆動力を、電動機１００が発生する。電動機１００は、作業機１０を駆動可能である。ブーム１１およびアーム１２が電動機１００によって駆動されることにより、作業機１０の動作が可能である。電動機１００は、車体フレーム３上に配置されている。電動機１００は、ブーム用電動機１１０と、アーム用電動機１４０とを有している。ブーム用電動機１１０およびアーム用電動機１４０は、いずれも車体フレーム３に支持されている。ブーム用電動機１１０およびアーム用電動機１４０は、作業機１０の右方に配置されている。
実施形態の電動式ショベル３０では、作業機１０を駆動させる駆動力を、電動機１００が発生する。電動機１００は、作業機１０を駆動可能である。ブーム１１およびアーム１２が電動機１００によって駆動されることにより、作業機１０の動作が可能である。電動機１００は、車体フレーム３上に配置されている。電動機１００は、ブーム用電動機１１０と、アーム用電動機１４０とを有している。ブーム用電動機１１０およびアーム用電動機１４０は、いずれも車体フレーム３に支持されている。ブーム用電動機１１０およびアーム用電動機１４０は、作業機１０の右方に配置されている。
【0026】
ブーム用電動機１１０は、ブーム１１を駆動させ、ブーム１１を車体フレーム３に対して相対移動させる駆動力を発生する。ブーム１１は、ブーム用電動機１１０による駆動により、ブームフートピン１５を中心として車体フレーム３に対して相対回転可能である。ブームフートピン１５は、左右の縦板７，８の両方に亘って配置されている。ブームフートピン１５の左端が左の縦板７に支持されており、ブームフートピン１５の右端が右の縦板８に支持されている。これによりブーム１１は、ブームフートピン１５を中心として回転可能に、車体フレーム３によって支持されている。
【0027】
ブーム用電動機１１０は、一対の第１ブーム用電動機１１１と第２ブーム用電動機１２１とを有している。第１ブーム用電動機１１１と第２ブーム用電動機１２１とは、同一仕様である。第１ブーム用電動機１１１と第２ブーム用電動機１２１とは、同一の定格出力を有している。ここで、電動機の定格出力とは、電動機が指定された条件下で安全に達成できる最大出力をいう。
【0028】
アーム用電動機１４０は、アーム１２を駆動させ、アーム１２をブーム１１に対して相対移動させる駆動力を発生する。アーム１２は、アーム用電動機１４０による駆動により、アーム連結ピン１６を中心としてブーム１１に対して相対回転可能である。
【0029】
アーム用電動機１４０は、一対の第１アーム用電動機１４１（第１電動機）と第２アーム用電動機１５１（第２電動機）とを有している。第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とは、同一仕様である。第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とは、同一の定格出力を有している。
【0030】
＜動力伝達装置＞
本実施形態の電動式ショベル３０は、電動機１００の発生する駆動力を機械的に作業機１０に伝達する動力伝達装置を備えている。以下、動力伝達装置について説明する。
本実施形態の電動式ショベル３０は、電動機１００の発生する駆動力を機械的に作業機１０に伝達する動力伝達装置を備えている。以下、動力伝達装置について説明する。
【0031】
図４は、ブーム１１に駆動力を伝達する動力伝達装置の概略構成を示す図である。動力伝達装置は、第１ブーム用出力ギヤ１１９と、第２ブーム用出力ギヤ１２９と、ブーム用歯車部材１３１とを有している。
【0032】
ブーム用歯車部材１３１は、略扇型形状を有しており、略扇型の円弧部に歯形を有している。図２，３に示されるように、ブーム用歯車部材１３１は、ブーム１１の側面、より詳細にはブーム１１の右面に固定されている。ブーム用歯車部材１３１は、ブーム１１の基端部に配置されている。ブーム用歯車部材１３１は、ブーム１１と一体として、ブームフートピン１５を中心として回転可能である。
【0033】
第１ブーム用出力ギヤ１１９は、外歯車であって、ブーム用歯車部材１３１に噛み合っている。第１ブーム用出力ギヤ１１９は、第１ブーム用電動機１１１と同心に配置されている。第１ブーム用電動機１１１は、第１ブーム用出力ギヤ１１９に駆動力を伝達する。第２ブーム用出力ギヤ１２９は、外歯車であって、ブーム用歯車部材１３１に噛み合っている。第２ブーム用出力ギヤ１２９は、第２ブーム用電動機１２１と同心に配置されている。第２ブーム用電動機１２１は、第２ブーム用出力ギヤ１２９に駆動力を伝達する。
【0034】
図５は、第１ブーム用電動機１１１および第２ブーム用電動機１２１からブーム用歯車部材１３１までの動力伝達経路のスケルトン図である。
【0035】
第１ブーム用電動機１１１からブーム用歯車部材１３１への動力伝達経路には、遊星歯車減速機１１３が設けられている。本実施形態では、第１ブーム用電動機１１１と遊星歯車減速機１１３とは一体構造である。第１ブーム用電動機１１１の駆動力をブーム用歯車部材１３１に伝達する動力伝達装置は、第１ブーム用電動機１１１と遊星歯車減速機１１３とが一体となったギヤードモータ１１７を含んでいる。
【0036】
遊星歯車減速機１１３は、複数の回転要素を有している。遊星歯車減速機１１３の複数の回転要素は、サンギヤ１１４と、プラネタリギヤ１１５と、リングギヤ１１６とを含んでいる。第１ブーム用電動機１１１の出力軸１１２は、サンギヤ１１４に連結されている。第１ブーム用電動機１１１の駆動力は、サンギヤ１１４に入力される。
【0037】
遊星歯車減速機１１３と第１ブーム用出力ギヤ１１９とは、連結軸１１８によって連結されている。より具体的には、連結軸１１８は、プラネタリギヤ１１５を支持する遊星キャリアに連結されている一端と、第１ブーム用出力ギヤ１１９に連結されている他端とを有している。遊星キャリアと第１ブーム用出力ギヤ１１９とは、連結軸１１８を介して連結されている。連結軸１１８は、出力軸１１２と同心に配置されていてもよい。
【0038】
第２ブーム用電動機１２１からブーム用歯車部材１３１への動力伝達経路には、遊星歯車減速機１２３が設けられている。本実施形態では、第２ブーム用電動機１２１と遊星歯車減速機１２３とは一体構造である。第２ブーム用電動機１２１の駆動力をブーム用歯車部材１３１に伝達する動力伝達装置は、第２ブーム用電動機１２１と遊星歯車減速機１２３とが一体となったギヤードモータ１２７を含んでいる。
【0039】
遊星歯車減速機１２３は、複数の回転要素を有している。遊星歯車減速機１２３の複数の回転要素は、サンギヤ１２４と、プラネタリギヤ１２５と、リングギヤ１２６とを含んでいる。第２ブーム用電動機１２１の出力軸１２２は、サンギヤ１２４に連結されている。第２ブーム用電動機１２１の駆動力は、サンギヤ１２４に入力される。
【0040】
遊星歯車減速機１２３と第２ブーム用出力ギヤ１２９とは、連結軸１２８によって連結されている。より具体的には、連結軸１２８は、プラネタリギヤ１２５を支持する遊星キャリアに連結されている一端と、第２ブーム用出力ギヤ１２９に連結されている他端とを有している。遊星キャリアと第２ブーム用出力ギヤ１２９とは、連結軸１２８を介して連結されている。連結軸１２８は、出力軸１２２と同心に配置されていてもよい。
【0041】
第１ブーム用出力ギヤ１１９は、ブーム用歯車部材１３１に噛み合っている。第１ブーム用電動機１１１の発生する駆動力が、第１ブーム用出力ギヤ１１９を介して、ブーム用歯車部材１３１に伝達される。第２ブーム用出力ギヤ１２９は、ブーム用歯車部材１３１に噛み合っている。第２ブーム用電動機１２１の発生する駆動力が、第２ブーム用出力ギヤ１２９を介して、ブーム用歯車部材１３１に伝達される。ブーム用歯車部材１３１は、第１ブーム用電動機１１１および第２ブーム用電動機１２１からの駆動力の伝達を受けて、ブーム用歯車部材１３１が固定されているブーム１１と一体として、回転する。これによりブーム１１は、ブームフートピン１５を中心に回転駆動される。
【0042】
遊星歯車減速機１１３、連結軸１１８および第１ブーム用出力ギヤ１１９は、第１ブーム用電動機１１１の発生する駆動力を機械的にブーム１１に伝達する。遊星歯車減速機１２３、連結軸１２８および第２ブーム用出力ギヤ１２９は、第２ブーム用電動機１２１の発生する駆動力を機械的にブーム１１に伝達する。遊星歯車減速機１１３，１２３と、連結軸１１８，１２８と、第１ブーム用出力ギヤ１１９および第２ブーム用出力ギヤ１２９とは、ブーム用電動機１１０の発生する駆動力を機械的にブーム１１に伝達する、ブーム用動力伝達装置を構成している。
【0043】
ブーム用動力伝達装置は、作業機１０に対して運転室４の反対側に配置されている。車体フレーム３上の前方左側に運転室４が配置され、作業機１０に対して左側に運転室４が配置されている実施形態の構成の場合、ブーム用動力伝達装置は、作業機１０に対して右側に配置されている。
【0044】
図６は、アーム１２に駆動力を伝達する動力伝達装置１６０の概略構成を示す図である。アーム用電動機１４０の発生する駆動力を機械的にアーム１２に伝達する動力伝達装置１６０は、第１アーム用出力ギヤ１４９と、第２アーム用出力ギヤ１５９と、アーム用歯車部材１６１と、回動部材１６２と、アームリンク１７０とを有している。
【0045】
アーム用歯車部材１６１は、略扇型形状を有しており、略扇型の円弧部に歯形を有している。図２，３に示されるように、アーム用歯車部材１６１は、ブーム用歯車部材１３１とは別体であり、ブーム用歯車部材１３１からは離れてブーム用歯車部材１３１の右方に配置されている。左右方向において、ブーム用歯車部材１３１とアーム用歯車部材１６１との間に隙間が介在している。アーム用歯車部材１６１は、ブーム１１の基端部に配置されている。アーム用歯車部材１６１は、ブームフートピン１５と同心で車体フレーム３に対して相対回転運動する。
【0046】
第１アーム用出力ギヤ１４９は、外歯車であって、アーム用歯車部材１６１に噛み合っている。第１アーム用出力ギヤ１４９は、第１アーム用電動機１４１と同心に配置されている。第１アーム用電動機１４１は、第１アーム用出力ギヤ１４９に駆動力を伝達する。第２アーム用出力ギヤ１５９は、外歯車であって、アーム用歯車部材１６１に噛み合っている。第２アーム用出力ギヤ１５９は、第２アーム用電動機１５１と同心に配置されている。第２アーム用電動機１５１は、第２アーム用出力ギヤ１５９に駆動力を伝達する。
【0047】
第１アーム用電動機１４１および第２アーム用電動機１５１からアーム用歯車部材１６１までの動力伝達経路は、図５に示されるブーム用歯車部材１３１までの動力伝達経路と同様である。第１アーム用電動機１４１からアーム用歯車部材１６１への動力伝達経路には、遊星歯車減速機が設けられている。第１アーム用電動機１４１と遊星歯車減速機とは一体構造である。第２アーム用電動機１５１からアーム用歯車部材１６１への動力伝達経路には、遊星歯車減速機が設けられている。第２アーム用電動機１５１と遊星歯車減速機とは一体構造である。アーム用歯車部材１６１は、第１アーム用電動機１４１および第２アーム用電動機１５１からの駆動力の伝達を受けて回転する。
【0048】
回動部材１６２は、アーム用歯車部材１６１に固定されており、アーム用歯車部材１６１と一体にブームフートピン１５と同心で車体フレーム３に対して相対回転運動する。アーム用歯車部材１６１と回動部材１６２とは、実施形態の第１伝達部に相当する。
【0049】
アームリンク１７０は、第１リンク部材１７１と、第２リンク部材１７２と、中間部材１７３とを有している。中間部材１７３は、ピン１７８を介してブーム１１に接続されている。側方視したブーム１１は屈曲した形状を有しており、ブーム１１の屈曲部分に中間部材１７３が接続されている。
【0050】
第１リンク部材１７１は、棒状の形状を有している。第１リンク部材１７１は、ブーム１１に沿って延びている。第１リンク部材１７１は、その第１端において、連結ピン１７７を介して回動部材１６２に連結されている。第１リンク部材１７１は、その第２端において、連結ピン１７４を介して中間部材１７３と連結されている。第１リンク部材１７１は、回動部材１６２と中間部材１７３とを連結している。第１リンク部材１７１は、アーム用電動機１４０が発生しアーム用歯車部材１６１を介して回動部材１６２に伝達された駆動力を、中間部材１７３に伝達する。
【0051】
第２リンク部材１７２は、棒状の形状を有している。第２リンク部材１７２は、ブーム１１に沿って延びている。第２リンク部材１７２は、その第１端において、連結ピン１７５を介して中間部材１７３と連結されている。第２リンク部材１７２は、その第２端において、連結ピン１７６を介してアーム１２と連結されている。第２リンク部材１７２は、中間部材１７３とアーム１２とを連結している。第２リンク部材１７２は、アーム用電動機１４０が発生しアーム用歯車部材１６１、回動部材１６２、第１リンク部材１７１を順に経由して中間部材１７３に伝達された駆動力を、アーム１２に伝達する。
【0052】
中間部材１７３は、略多角形の形状を有していてもよい。第１リンク部材１７１および第２リンク部材１７２は、中間部材１７３の略多角形の異なる頂点の近傍において、中間部材１７３に連結されていてもよい。中間部材１７３は、略多角形状に限られず、任意の形状を有していてもよい。たとえば中間部材１７３は、棒状の形状を有し、その基端がブーム１１に接続されていてもよい。
【0053】
アームリンク１７０（第１リンク部材１７１、第２リンク部材１７２および中間部材１７３）は、第１伝達部の車体フレーム３に対する相対回転運動によってアーム１２に動力を伝達する、実施形態の第２伝達部に相当する。
【0054】
＜ダブルモータ駆動＞
一般的に歯車機構には、噛み合う歯車の歯面間に設けられた隙間であるバックラッシュが存在するため、被駆動歯車に連結された可動部材の位置決め時の精度が低下することになる。作業機械の場合、ブーム１１の根元部分に設けられた歯車機構のバックラッシュが、作業機１０の先端部のアタッチメントの位置ずれを引き起こすことになる。バックラッシュを低減するため、実施形態の動力伝達装置は、２つの電動機を使って１つの歯車部材を駆動するダブルモータ駆動とされている。
一般的に歯車機構には、噛み合う歯車の歯面間に設けられた隙間であるバックラッシュが存在するため、被駆動歯車に連結された可動部材の位置決め時の精度が低下することになる。作業機械の場合、ブーム１１の根元部分に設けられた歯車機構のバックラッシュが、作業機１０の先端部のアタッチメントの位置ずれを引き起こすことになる。バックラッシュを低減するため、実施形態の動力伝達装置は、２つの電動機を使って１つの歯車部材を駆動するダブルモータ駆動とされている。
【0055】
具体的には、ブーム１１に駆動力を伝達するブーム用歯車部材１３１は、第１ブーム用電動機１１１と第２ブーム用電動機１２１とによって駆動される。アーム１２に駆動力を伝達するアーム用歯車部材１６１は、第１アーム用電動機１４１（第１電動機）と第２アーム用電動機１５１（第２電動機）とによって駆動される。以下、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とによりアーム用歯車部材１６１を駆動する構造を例として、ダブルモータ駆動について説明する。
【0056】
図７は、ダブルモータ駆動の模式図である。なお図７はダブルモータ駆動を模式的に図示したものであるので、アーム用歯車部材１６１の形状、アーム用歯車部材１６１に対する第１アーム用出力ギヤ１４９および第２アーム用出力ギヤ１５９の配置などが、図６に示される実施形態とは異なっている。
【0057】
回動部材１６２に固定されたアーム用歯車部材１６１には、第１アーム用出力ギヤ１４９と、第２アーム用出力ギヤ１５９とが噛み合っている。第１アーム用出力ギヤ１４９は第１アーム用電動機１４１に接続されており、第１アーム用電動機１４１が回転駆動することにより第１アーム用出力ギヤ１４９が回転する。第２アーム用出力ギヤ１５９は第２アーム用電動機１５１に接続されており、第２アーム用電動機１５１が回転駆動することにより第２アーム用出力ギヤ１５９が回転する。
【0058】
図７に示される配置においては、各歯車について、時計回り方向を回転の正方向とし、反時計回り方向を回転の負方向とする。
【0059】
図８は、ダブルモータ駆動の制御について示す図である。第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との協調制御により、歯車の歯面同士を隙間なく接触させるバックラッシュ除去制御を実行して、作業機１０の先端のアタッチメントの位置決め精度を高くすることが可能である。また、動力伝達装置の効率を向上するために、バックラッシュ除去制御を非実行とすることもできる。バックラッシュ除去制御の実行と非実行とを切り替えることで、高精度なアタッチメント位置と、高効率な動力伝達とのいずれかを選択することができ、また、高効率な遊星歯車機構の採用で、作業機１０の運動エネルギーによる回生が可能になる。
【0060】
図８に示されるように、バックラッシュ除去制御を実行するときには、第１アーム用電動機１４１は、アーム用歯車部材１６１に、常時、大きさαの正方向のオフセットトルクを加え、第２アーム用電動機１５１は、アーム用歯車部材１６１に、常時、大きさαの負方向のオフセットトルクを加える。
【0061】
アーム用歯車部材１６１を停止させるときには、第１アーム用電動機１４１および第２アーム用電動機１５１が、アーム用歯車部材１６１に、大きさが同じで逆向きのオフセットトルクを加える。第１アーム用電動機１４１がアーム用歯車部材１６１に負荷するトルクと、第２アーム用電動機１５１がアーム用歯車部材１６１に負荷するトルクと、の合計トルクの大きさはゼロである。
【0062】
このとき、第１アーム用出力ギヤ１４９および第２アーム用出力ギヤ１５９の両方が、逆向きに回転しようとして、アーム用歯車部材１６１を挟み込むようになる。第１アーム用出力ギヤ１４９の歯面がアーム用歯車部材１６１の歯面に接触し、第２アーム用出力ギヤ１５９の歯面がアーム用歯車部材１６１の歯面に接触した状態で、アーム用歯車部材１６１が保持される。第１アーム用出力ギヤ１４９と第２アーム用出力ギヤ１５９との両方をアーム用歯車部材１６１に押し付けることで、バックラッシュを抑制できる。
【0063】
アーム用歯車部材１６１を低速で反時計回り方向に回転させるときには、第１アーム用電動機１４１の発生するトルクを増加させる。第１アーム用電動機１４１は、第１アーム用出力ギヤ１４９に、大きさαの正方向のオフセットトルクと、大きさＴの正方向の駆動トルクとを加える。第２アーム用電動機１５１は、第２アーム用出力ギヤ１５９に、大きさαの負方向のオフセットトルクを加える。第１アーム用電動機１４１が第１アーム用出力ギヤ１４９に負荷するトルクと、第２アーム用電動機１５１が第２アーム用出力ギヤ１５９に負荷するトルクと、の合計トルクは、大きさＴの正方向のトルクになる。
【0064】
第１アーム用電動機１４１のトルクを増加させることで、負方向（反時計回り方向）にアーム用歯車部材１６１を駆動する。このとき第２アーム用電動機１５１は、アーム用歯車部材１６１の回転方向と反対向きのオフセットトルクを加え続けている。第１アーム用電動機１４１がアーム用歯車部材１６１を駆動し、第２アーム用電動機１５１はアーム用歯車部材１６１に少しだけブレーキをかける状態になる。
【0065】
このとき、第１アーム用出力ギヤ１４９および第２アーム用出力ギヤ１５９の両方が、逆向きに回転しようとして、アーム用歯車部材１６１を挟み込むようになる。第１アーム用出力ギヤ１４９の歯面がアーム用歯車部材１６１の歯面に接触し、第２アーム用出力ギヤ１５９の歯面がアーム用歯車部材１６１の歯面に接触した状態になる。第１アーム用出力ギヤ１４９と第２アーム用出力ギヤ１５９との両方をアーム用歯車部材１６１に押し付けることで、バックラッシュを抑制できる。
【0066】
アーム用歯車部材１６１を低速で時計回り方向に回転させるときには、第２アーム用電動機１５１の発生するトルクを増加させる。第２アーム用電動機１５１は、第２アーム用出力ギヤ１５９に、大きさαの負方向のオフセットトルクと、大きさＴの負方向の駆動トルクとを加える。第１アーム用電動機１４１は、第１アーム用出力ギヤ１４９に、大きさαの正方向のオフセットトルクを加える。第１アーム用電動機１４１が第１アーム用出力ギヤ１４９に負荷するトルクと、第２アーム用電動機１５１が第２アーム用出力ギヤ１５９に負荷するトルクと、の合計トルクは、大きさＴの負方向のトルクになる。
【0067】
第２アーム用電動機１５１のトルクを増加させることで、正方向（時計回り方向）にアーム用歯車部材１６１を駆動する。このとき第１アーム用電動機１４１は、アーム用歯車部材１６１の回転方向と反対向きのオフセットトルクを加え続けている。第２アーム用電動機１５１がアーム用歯車部材１６１を駆動し、第１アーム用電動機１４１はアーム用歯車部材１６１に少しだけブレーキをかける状態になる。
【0068】
このとき、第１アーム用出力ギヤ１４９および第２アーム用出力ギヤ１５９の両方が、逆向きに回転しようとして、アーム用歯車部材１６１を挟み込むようになる。第１アーム用出力ギヤ１４９の歯面がアーム用歯車部材１６１の歯面に接触し、第２アーム用出力ギヤ１５９の歯面がアーム用歯車部材１６１の歯面に接触した状態になる。第１アーム用出力ギヤ１４９と第２アーム用出力ギヤ１５９との両方をアーム用歯車部材１６１に押し付けることで、バックラッシュを抑制できる。
【0069】
バックラッシュ除去制御を実行することで、作業機１０の先端のアタッチメントの位置決め精度を高くすることができ、アタッチメントを使用した高精度な作業が可能になる。なお、アーム用歯車部材１６１の停止時の動力伝達効率はゼロである。オフセットトルクの大きさαを駆動トルクの大きさＴの０．２５倍とし、歯車の効率を１００％と仮定すると、アーム用歯車部材１６１を低速で回転させるときの動力伝達効率は６６％になる。
【0070】
図８に示されるように、バックラッシュ除去制御を非実行とするときには、第１アーム用電動機１４１および第２アーム用電動機１５１からアーム用歯車部材１６１に、オフセットトルクは加えられない。アーム用歯車部材１６１を高速で回転させるため、第１アーム用電動機１４１および第２アーム用電動機１５１からアーム用歯車部材１６１に、同じ向きの駆動トルクが加えられる。
【0071】
アーム用歯車部材１６１を高速で反時計回り方向に回転させるときには、第１アーム用電動機１４１は、第１アーム用出力ギヤ１４９に、大きさＴの正方向の駆動トルクを加える。第２アーム用電動機１５１は、第２アーム用出力ギヤ１５９に、大きさＴの正方向の駆動トルクを加える。第１アーム用電動機１４１が第１アーム用出力ギヤ１４９に負荷するトルクと、第２アーム用電動機１５１が第２アーム用出力ギヤ１５９に負荷するトルクと、の合計トルクは、大きさ２Ｔの正方向のトルクになる。
【0072】
アーム用歯車部材１６１を高速で時計回り方向に回転させるときには、第１アーム用電動機１４１は、第１アーム用出力ギヤ１４９に、大きさＴの負方向の駆動トルクを加える。第２アーム用電動機１５１は、第２アーム用出力ギヤ１５９に、大きさＴの負方向の駆動トルクを加える。第１アーム用電動機１４１が第１アーム用出力ギヤ１４９に負荷するトルクと、第２アーム用電動機１５１が第２アーム用出力ギヤ１５９に負荷するトルクと、の合計トルクは、大きさ２Ｔの負方向のトルクになる。
【0073】
第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との両方が、アーム用歯車部材１６１に駆動トルクを加える。第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との両方ともが、アーム用歯車部材１６１にブレーキをかけない。歯車の効率を１００％と仮定すると、アーム用歯車部材１６１を高速で回転させるときの動力伝達効率は１００％になる。バックラッシュ除去制御を非実行とすることで、高効率にアーム用歯車部材１６１に動力を伝達することができる。作業機１０の先端のアタッチメントの位置決め精度は低くなるものの、高速で移動中のアタッチメントに高い位置決め精度は要求されないため、差し支えはない。
【0074】
第１アーム用電動機１４１から第１アーム用出力ギヤ１４９への動力伝達経路が、効率の高い遊星歯車減速機を有している。第２アーム用電動機１５１から第２アーム用出力ギヤ１５９への動力伝達経路が、効率の高い遊星歯車減速機を有している。バックラッシュ除去制御を非実行としているときに、作業機１０の先端のアタッチメントが物体に衝突するなどしてアタッチメントに大きな外力が作用するときには、その外力が、遊星歯車減速機を通過して、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１に伝わるようにしている。
【0075】
第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とのロータ部は、ロータ部を回転可能に支持する軸受以外には接触部品がない。そのため、大きな外力が働くと、ロータ部に角度変位が発生する。第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とが脱調することにより、結果的に、遊星歯車減速機の破損を防ぐことができる。
【0076】
なお、バックラッシュ除去制御の実行中は、作業機１０の先端のアタッチメントは停止しているか、または移動するとしても低速での移動になる。作業機１０の先端のアタッチメントの移動速度が小さく、アタッチメントが物体に衝突するときの衝撃が小さいので、遊星歯車減速機の破損が防止されている。
【0077】
第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との回転方向および発生する駆動力は、作業機１０を動作させるためのオペレータの操作に応じて調整される。図９は、操作レバー４Ｌの斜視図である。操作レバー４Ｌは、作業機１０を動作させるためにオペレータにより操作される操作装置の一例である。操作レバー４Ｌは、たとえば電気式のレバーである。
【0078】
操作レバー４Ｌは、たとえば運転室４（図１）内に配置されている。操作レバー４Ｌは、たとえば運転席４Ｓ（図１）の左方に配置されている。操作レバー４Ｌは、運転室４に取り付けられた根元部４Ｌ１と、根元部４Ｌ１から上方に突き出し根元部４Ｌ１に対して相対移動可能な把持部４Ｌ２とを有している。運転席４Ｓに着座したオペレータは、左手で把持部４Ｌ２を握って操作レバー４Ｌを操作することで、アーム１２を動作させることができる。
【0079】
一例として、操作レバー４Ｌを左へ動かすことで、アーム１２をダンプ方向（アーム１２をブーム１１から離す方向）に移動させることができる。操作レバー４Ｌを右へ動かすことで、アーム１２を掘削方向（アーム１２をブーム１１に近づける方向）に移動させることができる。
【0080】
操作レバー４Ｌの操作方向および操作量は、たとえば、ポテンショメータまたはホールＩＣなどのセンサによって検出される。この検出値に基づいて、オペレータの操作に従ってアーム１２の動作を制御する制御装置が、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とを制御するための制御信号を生成して、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とに送信する。
【0081】
図１０は、アーム用歯車部材１６１の停止時の操作レバー４Ｌを示す模式図である。図１０には、オペレータが操作レバー４Ｌに触れていない状態の操作レバー４Ｌが模式的に示されている。図９に示されるように、操作レバー４Ｌの把持部４Ｌ２は実際には運転席４Ｓへ向かって傾斜しているが、図１０および後述する図１１～図１４では、オペレータが操作レバー４Ｌに触れていない状態では、把持部４Ｌ２は根元部４Ｌ１から図中の上向きに真っ直ぐ延びているものとする。図１０に示される、根元部４Ｌ１に対する把持部４Ｌ２の相対位置を、図１１～図１４の説明においては中立位置と称する。
【0082】
図１１は、アーム用歯車部材１６１の低速反時計回り回転時の操作レバー４Ｌを示す模式図である。図１１に示される操作レバー４Ｌの把持部４Ｌ２は、中立位置から左へ傾いている。この操作レバー４Ｌの操作に従って、第１アーム用電動機１４１は、大きさαの正方向のオフセットトルクと、大きさＴの正方向の駆動トルクとを発生し、第２アーム用電動機１５１は、大きさαの負方向のオフセットトルクを発生する。アーム用歯車部材１６１が低速で反時計回り方向に回転することにより、アームリンク１７０に対し、回動部材１６２に連結されている基端へ向かって引っ張る方向の力が作用する。これにより、アーム１２がダンプ方向へ低速で移動する。
【0083】
図１２は、アーム用歯車部材１６１の低速時計回り回転時の操作レバー４Ｌを示す模式図である。図１２に示される操作レバー４Ｌの把持部４Ｌ２は、中立位置から右へ傾いている。この操作レバー４Ｌの操作に従って、第１アーム用電動機１４１は、大きさαの正方向のオフセットトルクを発生し、第２アーム用電動機１５１は、大きさαの負方向のオフセットトルクと、大きさＴの負方向の駆動トルクとを発生する。アーム用歯車部材１６１が低速で時計回り方向に回転することにより、アームリンク１７０に対し、回動部材１６２に連結されている基端からアーム１２に連結されている先端へ向かって押す方向の力が作用する。これにより、アーム１２が掘削方向へ低速で移動する。
【0084】
図１３は、アーム用歯車部材１６１の高速反時計回り回転時の操作レバー４Ｌを示す模式図である。図１３に示される操作レバー４Ｌの把持部４Ｌ２は、中立位置から左へ大きく傾いている。この操作レバー４Ｌの操作に従って、第１アーム用電動機１４１は、大きさＴの正方向の駆動トルクを発生し、第２アーム用電動機１５１は、大きさＴの正方向の駆動トルクを発生する。アーム用歯車部材１６１が高速で反時計回り方向に回転することにより、アームリンク１７０に対し、回動部材１６２に連結されている基端へ向かって引っ張る方向の力が作用する。これにより、アーム１２がダンプ方向へ高速で移動する。
【0085】
図１４は、アーム用歯車部材１６１の高速時計回り回転時の操作レバー４Ｌを示す模式図である。図１４に示される操作レバー４Ｌの把持部４Ｌ２は、中立位置から右へ大きく傾いている。この操作レバー４Ｌの操作に従って、第１アーム用電動機１４１は、大きさＴの負方向の駆動トルクを発生し、第２アーム用電動機１５１は、大きさＴの負方向の駆動トルクを発生する。アーム用歯車部材１６１が高速で時計回り方向に回転することにより、アームリンク１７０に対し、回動部材１６２に連結されている基端からアーム１２に連結されている先端へ向かって押す方向の力が作用する。これにより、アーム１２が掘削方向へ高速で移動する。
【0086】
このように、操作レバー４Ｌの操作に応じて、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との回転方向および発生する駆動力を調整可能である。したがって、オペレータの意図に従って、作業機１０の先端のアタッチメントを、高効率に高速で移動させたり、高い位置精度で微速で移動させたり、高い位置精度で静止させたりすることができる。
【0087】
＜モータ並列配置＞
図１５は、モータ直列配置の概略図である。図１５および後述する図１６では、ブーム１１およびアーム１２が模式的に示され、またブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とのブーム１１およびアーム１２に対する配置が模式的に示されている。
図１５は、モータ直列配置の概略図である。図１５および後述する図１６では、ブーム１１およびアーム１２が模式的に示され、またブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とのブーム１１およびアーム１２に対する配置が模式的に示されている。
【0088】
図１５に示されるブーム１１を駆動するブーム用電動機１１０は、ブーム１１の基端に配置されている。アーム１２を駆動するアーム用電動機１４０は、アーム１２の基端に配置されている。アーム用電動機１４０は、ブーム１１とアーム１２とを連結するアーム連結ピン１６（図１など）の位置に配置されている。図１５に示される、作業機１０に対するブーム用電動機１１０およびアーム用電動機１４０の配置を、モータ直列配置と称する。
【0089】
ブーム１１の長さｌ、アーム１２の長さｌとする。このとき、アーム１２の先端に作用する大きさｍｇの外力に対して、ブーム１１およびアーム１２を支持するためにブーム用電動機１１０は大きさ２ｍｇｌのモーメントＭ１を発生する必要があり、アーム１２を支持するためにアーム用電動機１４０は大きさｍｇｌのモーメントＭ２を発生する必要があることになる。
【0090】
モータ直列配置の場合、ブーム１１およびアーム１２を駆動するために、大きさ２ｍｇｌのモーメントを発生する大モータ（ブーム用電動機１１０）と大きさｍｇｌのモーメントを発生する小モータ（アーム用電動機１４０）とが必要になる。アーム用電動機１４０と減速機とをブーム用電動機１１０で支える必要があるので、ブーム用電動機１１０の出力が大きくなる。外力の入力点であるアーム１２の先端に近いアーム１２の基端にアーム用電動機１４０が配置されるので、アーム用電動機１４０に伝わる衝撃が大きくなる。
【0091】
図１６は、モータ並列配置の概略図である。図１６に示されるブーム１１を駆動するブーム用電動機１１０は、ブーム１１の基端に配置されている。アーム１２を駆動するアーム用電動機１４０もまた、ブーム１１の基端に配置されている。アーム用電動機１４０とアーム１２とは、回動部材１６２とアームリンク１７０とを含む動力伝達装置１６０によって連結されている。アーム用電動機１４０は、動力伝達装置１６０を介して、アーム１２の基端に駆動力を伝達する。図１６に示される、作業機１０に対するブーム用電動機１１０およびアーム用電動機１４０の配置を、モータ並列配置と称する。
【0092】
ブーム１１の長さｌ、アーム１２の長さｌとする。このとき、アーム１２の先端に作用する大きさｍｇの外力を、ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とで分担することになる。ブーム用電動機１１０は、ブーム１１を駆動するために大きさｍｇｌのモーメントＭ１を発生する必要があり、アーム１２を駆動するために大きさｍｇｌのモーメントＭ２を発生する必要がある。
【0093】
本実施形態では、ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０との両方が車体フレーム３に搭載されているので、モータ並列配置とされている。モータ並列配置の場合、ブーム１１およびアーム１２を駆動するために、大きさｍｇｌのモーメントを発生する２つの小モータ（ブーム用電動機１１０、アーム用電動機１４０）でよいことになる。ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０との発生する駆動トルクの合計がより小さくなり、定格出力のより小さな電動機を採用できるので、電動機の小型化およびコスト低減が達成されている。
【0094】
ブーム用電動機１１０がアーム用電動機１４０と減速機とを支える必要がなく、省電力化を達成できる。外力の入力点であるアーム１２の先端から離れた位置にブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０との両方が配置されるので、ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とは衝撃の影響を受けにくく、耐衝撃性を向上することができる。
【0095】
モータ並列配置による作業機１０の駆動について説明する。図１７は、作業機１０を簡略化した図である。図１７および後述する図１８～図２０では、ブーム１１、アーム１２、回動部材１６２およびアームリンク１７０が、それぞれ直線で簡略化されて示されている。図２，６を参照して説明した通り、実施形態のアームリンク１７０は実際には第１リンク部材１７１と第２リンク部材１７２とを有し、ブーム１１の屈曲形状に沿って第１リンク部材１７１と第２リンク部材１７２とは各々の延びる方向が交差しているが、図１７～図２０では、アームリンク１７０は直線状に延びているものとする。
【0096】
図１７～図２０に示されるｘｙ平面において、作業機１０は、ブームフートピン１５が原点に位置するように配置されている。ｘ軸は、ブームフートピン１５を通り水平方向に延びる方向である。電動式ショベル３０の前方向（車体フレーム３の前方向）が、＋ｘ方向に対応する。電動式ショベル３０における上方向が、＋ｙ方向に対応する。
【0097】
図１７に示されるブーム角度θ１は、ブーム１１の延びる方向と＋ｘ方向とのなす角度であり、図１７においては４５°である。アーム駆動リンク角度θ２は、回動部材１６２の延びる方向と＋ｙ方向とのなす角度であり、図１７においては４５°である。図１７においては、ブーム１１とアーム１２とのなす角度は９０°である。図１７に示される作業機１０の姿勢を、図１８～図２０の説明においては、基本姿勢と称する。
【0098】
図１８は、ブーム１１を車体フレーム３に対して相対移動させた状態の簡略図である。図１８においては、ブーム角度θ１は基本姿勢よりも大きい９０°であり、アーム駆動リンク角度θ２は基本姿勢よりも大きい９０°であり、ブーム１１とアーム１２とのなす角度は基本姿勢と変わらず９０°である。図１８に示される作業機１０は、基本姿勢から、ブーム１１に対するアーム１２の相対位置を維持したままブーム１１を上昇させた姿勢をとっている。
【0099】
基本姿勢から図１８に示される姿勢へ作業機１０を移動させるときに、車体フレーム３に対してブーム１１を相対移動させる。かつ、ブーム１１に対するアーム１２の相対位置を維持するために、車体フレーム３に対してアーム１２を相対移動させることになる。そのため、ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０との両方が駆動トルクを発生する必要がある。ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とが駆動トルクを分担することで、基本姿勢から図１８に示される姿勢へ作業機１０を移動させることが可能である。
【0100】
図１９は、アーム１２をブーム１１に対して相対移動させた状態の簡略図である。図１９においては、ブーム角度θ１は基本姿勢と変わらず４５°であり、アーム駆動リンク角度θ２は基本姿勢よりも小さい０°であり、ブーム１１とアーム１２とのなす角度は基本姿勢よりも小さい４５°である。図１９に示される作業機１０は、基本姿勢から、ブーム１１を静止させたままアーム１２を掘削方向に移動させた姿勢を取っている。
【0101】
基本姿勢から図１９に示される姿勢へ作業機１０を移動させるときに、車体フレーム３に対してアーム１２を相対移動させることになる。そのため、ブーム用電動機１１０はオフセットトルクを発生するのみの駆動とし、アーム用電動機１４０が駆動トルクを発生することになる。これにより、ブーム１１を静止させたままアーム１２を単独で移動させて、基本姿勢から図１９に示される姿勢へ作業機１０を移動させることが可能である。
【0102】
図２０は、ブーム１１を車体フレーム３に対して相対移動させ、アーム１２をブーム１１に対して相対移動させた状態の簡略図である。図２０においては、ブーム角度θ１は基本姿勢よりも大きい６０°であり、アーム駆動リンク角度θ２は基本姿勢よりも大きい９０°であり、ブーム１１とアーム１２とのなす角度は基本姿勢よりも大きい１２０°である。図２０に示される作業機は、基本姿勢から、ブーム１１を上昇させるとともにアーム１２をダンプ方向に移動させた姿勢をとっている。
【0103】
基本姿勢から図２０に示される姿勢へ作業機１０を移動させるときに、車体フレーム３に対してブーム１１を相対移動させ、かつ、車体フレーム３に対してアーム１２を相対移動させることになる。そのため、ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０との両方が駆動トルクを発生する必要がある。ブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とが駆動トルクを分担することで、基本姿勢から図２０に示される姿勢へ作業機１０を移動させることが可能である。
【0104】
＜作用および効果＞
上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。
上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。
【0105】
図２，６に示されるように、電動式ショベル３０は、アーム１２をブーム１１に対して相対移動させる駆動力を発生するアーム用電動機１４０を備えている。アーム１２を油圧シリンダで駆動せずに電動式とし、アーム１２の動作を電動化することで、動力を削減でき、より環境に配慮した作業機械を実現することができる。油圧シリンダを使用しないことにより、油圧の変動の影響を低減でき、作動油の温度変化による動粘特性の変化の影響を低減でき、作業中に発生する騒音を低減することができる。
【0106】
図２，６に示されるように、アーム用電動機１４０は、車体フレーム３に搭載されている。ブーム１１の先端のアーム１２を駆動させるアーム用電動機１４０が、ブーム１１に搭載されておらず、車体フレーム３に搭載されている。重量物を作業機１０に搭載しないことにより、作業機１０を軽量化することができる。重量物を車体フレーム３に搭載することにより、電動式ショベル３０の安定性を増大させることができる。
【0107】
作業中に負荷がかかるバケット１３から離れた位置にアーム用電動機１４０を配置することにより、アーム用電動機１４０に伝達される衝撃を低減できるので、アーム用電動機１４０の信頼性を向上することができる。河川、港湾などの底面を浚う作業の場合にはバケット１３およびアーム１２が水中へ移動することになるが、車体フレーム３に搭載されているアーム用電動機１４０に関しては水没を考慮しなくてもよくなるため、アーム用電動機１４０を簡易な構成にすることができる。
【0108】
図２，６に示されるように、電動式ショベル３０は、動力伝達装置１６０を備えている。動力伝達装置１６０は、アーム用電動機１４０の発生する駆動力を、機械的にアーム１２に伝達する。アーム用電動機１４０の駆動力を油圧に変換することなく機械的にアーム１２に伝達することにより、アーム用電動機１４０の消費電力量を低減できる。車体フレーム３へのバッテリ搭載容量の削減が可能になるため、車体フレーム３上のスペース効率を向上することができる。また、バッテリを削減する分の電動式ショベル３０の製造コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。
【0109】
図６に示されるように、動力伝達装置１６０は、アーム用歯車部材１６１と回動部材１６２とを有している。アーム用歯車部材１６１と回動部材１６２とは、車体フレーム３に対して相対回転運動する。アーム用歯車部材１６１と回動部材１６２との相対回転の中心が、ブームフートピン１５と同心である。ブーム１１の回転の中心と、アーム用歯車部材１６１および回動部材１６２の回転の中心を同じにすることで、ブーム１１とアーム用歯車部材１６１および回動部材１６２とが車体フレーム３に対して相対回転するときに互いに干渉することが抑制される。
【0110】
図６に示されるように、動力伝達装置１６０は、アームリンク１７０を有している。アームリンク１７０は、回動部材１６２に連結されており、かつ、アーム１２に連結されている。アーム用歯車部材１６１および回動部材１６２の車体フレーム３に対する相対回転運動が、アームリンク１７０に伝達され、アームリンク１７０を介してアーム１２に伝達される。これにより、アーム用電動機１４０の発生する駆動力を、アームリンク１７０を介して、アーム１２に確実に伝達することができる。
【0111】
図６に示されるように、アームリンク１７０は、ブーム１１に接続された中間部材１７３と、中間部材１７３に連結された第１リンク部材１７１および第２リンク部材１７２とを有している。アームリンク１７０をブーム１１に支持させることで、アームリンク１７０の強度を向上できる。アームリンク１７０が２本のリンク部材を別々に有する構成とすることで、屈曲した形状のブーム１１に沿わせてリンク部材を配置できる。棒状のリンク部材の座屈長さを短くできるので、リンク部材の座屈を抑制することができる。座屈防止のためにリンク部材の剛性を大きくしなくてもよく、より径の小さいリンク部材を使用できるので、作業機１０を軽量化することができる。
【0112】
図５に示されるように、電動式ショベル３０は、電動機の回転を減速し駆動力を増大して出力する遊星歯車減速機を備えている。効率の高い遊星歯車減速機を備える構成とすることで、電動機の発生する駆動トルクを効率よく作業機１０に伝達することができる。効率の高い遊星歯車減速機を採用して、作業機１０の先端のアタッチメントに外力が作用するときにその外力が電動機にダイレクトに伝わるようにすることで、遊星歯車減速機の破損を抑制でき、衝撃に強い構造とすることができる。
【0113】
図５に示されるように、電動機と遊星歯車減速機とを一体構造とすることで、小型化が可能になる。市販品のギヤードモータを採用するようにすれば、製造コストを低減することができる。
【0114】
図６に示されるように、アーム用歯車部材１６１は、ブームフートピン１５を中心として回転可能である。第１アーム用出力ギヤ１４９と第２アーム用出力ギヤ１５９とは、アーム用歯車部材１６１に噛み合っている。第１アーム用電動機１４１は、第１アーム用出力ギヤ１４９に駆動力を伝達する。第２アーム用電動機１５１は、第２アーム用出力ギヤ１５９に駆動力を伝達する。２つの電動機を使って１つの歯車部材を駆動するダブルモータ駆動とすることで、バックラッシュ除去制御を実行して、作業機１０の先端のアタッチメントの位置決め精度を高くすることが可能である。
【0115】
ダブルモータ駆動を構成する第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とを同一仕様とすることで、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との協調制御をより簡易に行うことができる。
【0116】
図８～１４に示されるように、操作レバー４Ｌの操作に応じて、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１との回転方向および駆動力を調整可能である。作業機１０、典型的にはアーム１２を動作させようとするオペレータの意図に従って、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とを適切に制御することで、アーム１２の静止中および低速での移動中の位置決め精度を向上でき、かつ、アーム１２の高速での移動中の動力伝達の効率を向上できる。
【0117】
図２，４に示されるように、電動式ショベル３０は、ブーム１１を車体フレーム３に対して相対移動させる駆動力を発生するブーム用電動機１１０を備えている。ブーム１１を油圧シリンダで駆動せずに電動式とし、ブーム１１の動作を電動化することで、動力を削減でき、より環境に配慮した作業機械を実現することができる。油圧シリンダを使用しないことにより、油圧の変動の影響を低減でき、作動油の温度変化による動粘特性の変化の影響を低減でき、作業中に発生する騒音を低減することができる。
【0118】
図４に示されるように、ブーム用歯車部材１３１は、ブームフートピン１５を中心として回転可能である。第１ブーム用出力ギヤ１１９と第２ブーム用出力ギヤ１２９とは、ブーム用歯車部材１３１に噛み合っている。第１ブーム用電動機１１１は、第１ブーム用出力ギヤ１１９に駆動力を伝達する。第２ブーム用電動機１２１は、第２ブーム用出力ギヤ１２９に駆動力を伝達する。２つの電動機を使って１つの歯車部材を駆動するダブルモータ駆動とすることで、バックラッシュ除去制御を実行して、作業機１０の先端のアタッチメントの位置決め精度を高くすることが可能である。
【0119】
図２，３に示されるように、ブーム用歯車部材１３１は、ブーム１１の側面に固定されている。このようにすれば、ブーム用歯車部材１３１に駆動力をかけることにより、ブーム１１を確実にブームフートピン１５を中心に回転させることができる。
【0120】
なお、これまでの実施形態の説明においては、第１ブーム用電動機１１１と第２ブーム用電動機１２１とがブーム用歯車部材１３１を駆動し、第１アーム用電動機１４１と第２アーム用電動機１５１とがアーム用歯車部材１６１を駆動し、ブーム１１とアーム１２との両方がダブルモータ駆動である例について説明した。作業機１０の先端のアタッチメントの位置決め精度を必要としない場合、ブーム用歯車部材１３１とアーム用歯車部材１６１とのいずれか１つまたは両方を、１つの電動機によって駆動されるシングルモータ駆動とすることも可能である。
【0121】
上記の実施形態では、動力伝達装置１６０が棒状のリンク部材を有する例について説明した。動力伝達装置１６０は、アーム用電動機１４０の駆動力を機械的にアーム１２に伝達できるのであれば、リンク部材以外の機構を有してもよい。たとえば動力伝達装置１６０は、鋼索、チェーン、プーリ、ラックアンドピニオンなどのいずれかまたは組み合わせを有してもよい。
【0122】
実施形態では、車体フレーム３の前方左側に運転室４を配置し、運転室４の右方に作業機１０を配置し、作業機１０の右方に電動機１００を配置する例について説明した。この配置に限られず、たとえば、作業機１０の後方に運転室４を配置することで、作業機１０の左右両側に電動機１００を配置することが可能になるので、電動機１００の配置の自由度を向上できる。
【0123】
実施形態では、電動機１００がブーム用電動機１１０とアーム用電動機１４０とを個別に有する例について説明した。ブーム１１およびアーム１２の駆動力を発生する電動機１００を、必ずしも別々に設けなくてもよい。１つの電動機１００の出力軸から動力を分配して、ブーム１１およびアーム１２に駆動力をそれぞれ伝達する構成としてもよい。この場合、ブーム１１およびアーム１２への駆動力の伝達の切り替えを、運転室４に搭乗するオペレータの操作で行うようにしてもよい。
【0124】
［第二実施形態］
第二実施形態に基づく電動式ショベル３０の全体構成は、図１を参照して説明した第一実施形態と同じである。電動式ショベル３０は、車体フレーム３を備えている。電動式ショベル３０は、作業機１０を備えている。作業機１０は、車体フレーム３に支持されるブーム１１と、ブーム１１に対して相対移動可能なバケット１３とを有している。
第二実施形態に基づく電動式ショベル３０の全体構成は、図１を参照して説明した第一実施形態と同じである。電動式ショベル３０は、車体フレーム３を備えている。電動式ショベル３０は、作業機１０を備えている。作業機１０は、車体フレーム３に支持されるブーム１１と、ブーム１１に対して相対移動可能なバケット１３とを有している。
【0125】
図２１は、第二実施形態に基づく、バケット１３に駆動力を伝達する動力伝達装置２１０の概略構成を示す図である。図２２は、図２１中の矢印ＸＸＩＩ方向から見た、動力伝達装置２１０の概略図である。第二実施形態の電動式ショベル３０は、動力伝達装置２１０の構成を特徴としている。
【0126】
図２１，２２に示されるように、第二実施形態の電動式ショベル３０では、バケット１３を駆動させる駆動力を、アタッチメント用電動機２２０が発生する。アタッチメント用電動機２２０は、バケット１３を駆動可能である。バケット１３がアタッチメント用電動機２２０によって駆動されることにより、バケット１３の動作が可能である。バケット１３は、アタッチメント用電動機２２０による駆動により、アタッチメント連結ピン１７を中心としてアーム１２に対して相対回転可能である。動力伝達装置２１０は、アタッチメント用電動機２２０の発生する駆動力を機械的にバケット１３に伝達する。
【0127】
アタッチメント用電動機２２０は、アーム１２に搭載されている。アーム１２には、緩衝機構２２９が取り付けられている。緩衝機構２２９は、アーム１２に入力される荷重を緩衝する機能を有している。アタッチメント用電動機２２０は、緩衝機構２２９を介してアーム１２に搭載されている。アタッチメント用電動機２２０は、一対の第１電動機２２１と第２電動機２３１とを有している。第１電動機２２１と第２電動機２３１とは、同一仕様である。第１電動機２２１と第２電動機２３１とは、同一の定格出力を有している。
【0128】
第１電動機２２１の出力軸は、フレキシブルシャフト２２２に連結されている。フレキシブルシャフト２２２は、第１電動機２２１に連結されている基端を有している。フレキシブルシャフト２２２の先端は、かさ歯車２２３に連結されている。かさ歯車２２３は、かさ歯車２２４と噛み合っている。かさ歯車２２４は、遊星歯車減速機２２５に連結されている。
【0129】
遊星歯車減速機２２５は、複数の回転要素を有している。遊星歯車減速機２２５の複数の回転要素は、サンギヤと、プラネタリギヤと、リングギヤとを含んでいる。かさ歯車２２４は、遊星歯車減速機２２５のサンギヤに連結されている。第１電動機２２１の駆動力は、フレキシブルシャフト２２２とかさ歯車２２３，２２４とを介して、遊星歯車減速機２２５のサンギヤに入力される。
【0130】
遊星歯車減速機２２５は、第１電動機２２１の回転を減速し駆動力を増大して出力する。遊星歯車減速機２２５の遊星キャリアは、出力軸２２７に連結されている。出力軸２２７は、遊星キャリアに連結されている一端と、ピニオン２２８に連結されている他端とを有している。ピニオン２２８は、ラック２４０に噛み合っている。
【0131】
第２電動機２３１の出力軸は、フレキシブルシャフト２３２に連結されている。フレキシブルシャフト２３２は、第２電動機２３１に連結されている基端を有している。フレキシブルシャフト２３２の先端は、かさ歯車２３３に連結されている。かさ歯車２３３は、かさ歯車２３４と噛み合っている。かさ歯車２３４は、遊星歯車減速機２３５に連結されている。
【0132】
遊星歯車減速機２３５は、複数の回転要素を有している。遊星歯車減速機２３５の複数の回転要素は、サンギヤと、プラネタリギヤと、リングギヤとを含んでいる。かさ歯車２３４は、遊星歯車減速機２３５のサンギヤに連結されている。第２電動機２３１の駆動力は、フレキシブルシャフト２３２とかさ歯車２３３，２３４とを介して、遊星歯車減速機２３５のサンギヤに入力される。
【0133】
遊星歯車減速機２３５は、第２電動機２３１の回転を減速し駆動力を増大して出力する。遊星歯車減速機２３５の遊星キャリアは、出力軸２３７に連結されている。出力軸２３７は、遊星キャリアに連結されている一端と、ピニオン２３８に連結されている他端とを有している。ピニオン２３８は、ラック２４０に噛み合っている。
【0134】
ピニオン２２８，２３８とラック２４０とは、ピン２５１を介して、支持部材２５０によって支持されている。支持部材２５０は、アーム１２に固定されている。ラック２４０とピニオン２２８，２３８とは、支持部材２５０を介して、アーム１２に支持されている。
【0135】
ラック２４０は、バケットリンク２１の第１部材２２と第２部材２３とを連結するリンクピン２４に結合されている。ラック２４０は、バケットリンク２１を介して、バケット１３に連結されている。
【0136】
第１電動機２２１の発生する駆動力が、ピニオン２２８に伝達されて、ピニオン２２８が回転する。第２電動機２３１の発生する駆動力が、ピニオン２３８に伝達されて、ピニオン２３８が回転する。ラック２４０は、ピニオン２２８，２３８の回転に従って、長手方向に移動する。
【0137】
ラック２４０が、ブーム１１とアーム１２とを連結するアーム連結ピン１６から離れ、アーム１２とバケット１３とを連結するアタッチメント連結ピン１７に近づく方向に移動することにより、バケット１３がアタッチメント連結ピン１７を中心に回転駆動される。バケット１３は、掘削方向（バケット１３の刃先１３Ａをアーム１２に近づける方向。図２１においてはアタッチメント連結ピン１７を中心とする反時計回り方向）に移動する。
【0138】
ラック２４０が、アタッチメント連結ピン１７から離れ、アーム連結ピン１６に近づく方向に移動することにより、バケット１３がアタッチメント連結ピン１７を中心に回転駆動される。バケット１３は、ダンプ方向（バケット１３の刃先１３Ａをアーム１２から遠ざける方向。図２１においてはアタッチメント連結ピン１７を中心とする時計回り方向）に移動する。
【0139】
ラック２４０には、ピニオン２２８と、ピニオン２３８とが噛み合っている。ピニオン２２８は第１電動機２２１に接続されており、第１電動機２２１が回転駆動することによりピニオン２２８が回転する。ピニオン２３８は第２電動機２３１に接続されており、第２電動機２３１が回転駆動することによりピニオン２３８が回転する。第二実施形態の動力伝達装置２１０は、２つの電動機、すなわち第１電動機２２１と第２電動機２３１、を使って、１つの歯車部材であるラック２４０を駆動する、ダブルモータ駆動とされている。
【0140】
第一実施形態と同様に、第１電動機２２１と第２電動機２３１との協調制御により、バックラッシュ除去制御を実行して、バケット１３の位置決め精度を高くすることが可能である。また、動力伝達装置２１０の効率を向上するために、バックラッシュ除去制御を非実行とすることもできる。
【0141】
第１電動機２２１と第２電動機２３１との回転方向および発生する駆動力は、バケット１３を動作させるためのオペレータの操作に応じて調整される。運転席４Ｓに着座したオペレータは、運転席４Ｓの右方に配置された操作レバーを右手で左へ動かしてバケット１３を掘削方向に移動させたり、操作レバーを右へ動かしてバケット１３をダンプ方向に移動させたりすることができる。オペレータの意図に従って、作業機１０の先端のバケット１３を、高効率に高速で移動させたり、高い位置精度で微速で移動させたり、高い位置精度で静止させたりすることができる。
【0142】
以上説明した、第二実施形態の電動式ショベル３０は、図２１，２２に示されるように、バケット１３をブーム１１に対して相対移動させる駆動力を発生するアタッチメント用電動機２２０を備えている。バケット１３を油圧シリンダで駆動せずに電動式とし、バケット１３の動作を電動化することで、動力を削減でき、より環境に配慮した作業機械を実現することができる。油圧シリンダを使用しないことにより、油圧の変動の影響を低減でき、作動油の温度変化による動粘特性の変化の影響を低減でき、作業中に発生する騒音を低減することができる。
【0143】
図２１，２２に示されるように、電動式ショベル３０は、動力伝達装置２１０を備えている。動力伝達装置２１０は、アタッチメント用電動機２２０の発生する駆動力を、機械的にバケット１３に伝達する。アタッチメント用電動機２２０の駆動力を油圧に変換することなく機械的にバケット１３に伝達することにより、アタッチメント用電動機２２０の消費電力量を低減できる。車体フレーム３へのバッテリ搭載容量の削減が可能になるため、車体フレーム３上のスペース効率を向上することができる。また、バッテリを削減する分の電動式ショベル３０の製造コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。
【0144】
図２１，２２に示されるように、動力伝達装置２１０は、ラック２４０とピニオン２２８，２３８とを有している。アタッチメント用電動機２２０の駆動力をピニオン２２８，２３８に伝達してピニオン２２８，２３８を回転駆動させ、ピニオン２２８，２３８と噛み合うラック２４０を長手方向に往復移動させることにより、バケット１３をアタッチメント連結ピン１７を中心に回転させることができる。
【0145】
図２１，２２に示されるように、動力伝達装置２１０は、フレキシブルシャフト２２２，２３２を有している。フレキシブルシャフト２２２，２３２を用いて動力を伝達する構成とすることで、正確な芯出しを不要にでき、簡易で低コストな機構とすることができる。
【0146】
図２２に示されるように、動力伝達装置２１０は、遊星歯車減速機２２５，２３５を有している。効率の高い遊星歯車減速機を備える構成とすることで、アタッチメント用電動機２２０の発生する駆動トルクを効率よくバケット１３に伝達することができる。効率の高い遊星歯車減速機を採用して、バケット１３に外力が作用するときにその外力がアタッチメント用電動機２２０にダイレクトに伝わるようにすることで、遊星歯車減速機２２５，２３５の破損を抑制でき、衝撃に強い構造とすることができる。
【0147】
図２１，２２に示されるように、ラック２４０とピニオン２２８，２３８とは、アーム１２に支持されている。バケット１３に連結されたラック２４０と、ラック２４０と噛み合うピニオン２２８，２３８とをアーム１２が支持することで、ラックアンドピニオン機構を介してアタッチメント用電動機２２０の発生する駆動力を確実にバケット１３に伝達することができる。
【0148】
図２１に示されるように、アタッチメント用電動機２２０は、緩衝機構２２９を介してアーム１２に搭載されている。たとえばバケット１３に外力が作用するときに、緩衝機構２２９で衝撃を緩衝してアタッチメント用電動機２２０に伝わる外力を低減することができ、これによりアタッチメント用電動機２２０の信頼性を向上することができる。
【0149】
なお、第二実施形態の説明においては、アタッチメント用電動機２２０をアーム１２に搭載する例について説明した。アタッチメント用電動機２２０は、車体フレーム３上に搭載してもよい。重量物を作業機１０に搭載しないことにより、作業機１０を軽量化することができる。重量物を車体フレーム３に搭載することにより、電動式ショベル３０の安定性を増大させることができる。作業中に負荷がかかるバケット１３から離れた位置にアタッチメント用電動機２２０を配置することにより、アタッチメント用電動機２２０に伝達される衝撃を低減できるので、アタッチメント用電動機２２０の信頼性を向上することができる。
【0150】
第一実施形態と同様に、バケット１３の位置決め精度を必要としない場合、ラック２４０が１つの電動機によって駆動されるシングルモータ駆動とすることも可能である。
【0151】
第一および第二実施形態では、作業機１０を駆動させる駆動力を発生する電動機を備える電動式ショベル３０について説明した。電動式ショベル３０は、走行体５の走行、および走行体５に対する旋回体２の旋回のための駆動力も電動機が発生する、電動車両であってもよい。電動式ショベル３０は、内燃機関を備えなくてもよい。電動式ショベル３０は、油圧回路を備えなくてもよい。
【0152】
第一および第二実施形態では、動力伝達装置が遊星歯車減速機を有する例について説明した。遊星歯車減速機に替えて、動力伝達装置は、歯車１つに対し１つの歯車を噛み合わせて複数の歯車を組み合わせたスパー減速機を有してもよい。
【0153】
［第三実施形態］
第三実施形態に基づく電動式ショベル３０の全体構成は、図１を参照して説明した第一実施形態と同じである。電動式ショベル３０は、車体フレーム３を備えている。電動式ショベル３０は、作業機１０を備えている。作業機１０は、車体フレーム３に支持されるブーム１１と、ブーム１１に対して相対移動可能なバケット１３とを有している。
第三実施形態に基づく電動式ショベル３０の全体構成は、図１を参照して説明した第一実施形態と同じである。電動式ショベル３０は、車体フレーム３を備えている。電動式ショベル３０は、作業機１０を備えている。作業機１０は、車体フレーム３に支持されるブーム１１と、ブーム１１に対して相対移動可能なバケット１３とを有している。
【0154】
図２３は、第三実施形態に基づく、バケット１３に駆動力を伝達する動力伝達装置の概略構成を示す図である。第三実施形態の電動式ショベル３０では、バケット１３を駆動させる駆動力を、アタッチメント用電動機２２０が発生する。アタッチメント用電動機２２０は、バケット１３を駆動可能である。バケット１３がアタッチメント用電動機２２０によって駆動されることにより、バケット１３の動作が可能である。バケット１３は、アタッチメント用電動機２２０による駆動により、アタッチメント連結ピン１７を中心としてアーム１２に対して相対回転可能である。
【0155】
アタッチメント用電動機２２０は、車体フレーム３に搭載されている。車体フレーム３にはまた、油圧ポンプ２６１が搭載されている。油圧ポンプ２６１は、アタッチメント用電動機２２０により駆動され、圧油を吐出する。
【0156】
第三実施形態の動力伝達装置は、油圧ポンプ２６１の吐出する圧油により駆動されるダブルロッドシリンダ２９０を有している。ダブルロッドシリンダ２９０は、シリンダ部２９１と、第１ロッド部２９５と、第２ロッド部２９６とを有している。シリンダ部２９１は、筒状の形状を有しており、アーム１２に支持されている。アーム１２にはブラケット２９８が設けられており、シリンダ部２９１は、支持ピン２９９を介してブラケット２９８に回転可能に支持されている。ダブルロッドシリンダ２９０は、アーム１２に支持されている。ダブルロッドシリンダ２９０は、アーム１２に対して回転可能である。
【0157】
第１ロッド部２９５は、シリンダ部２９１内に収容されている基端と、シリンダ部２９１の外部に突き出る先端とを有している。第１ロッド部２９５の先端は、バケットリンク２１の第１部材２２と第２部材２３とを連結するリンクピン２４に結合されている。第１ロッド部２９５は、バケットリンク２１を介して、バケット１３に連結されている。第２ロッド部２９６は、シリンダ部２９１内に収容されている基端と、シリンダ部２９１の外部に突き出る先端とを有している。第２ロッド部２９６の先端は、他の部材に結合されておらず、フリーな状態とされている。第１ロッド部２９５と第２ロッド部２９６とは、棒状の形状を有している。第１ロッド部２９５と第２ロッド部２９６とは、同じ径を有している。第１ロッド部２９５および第２ロッド部２９６の、長手方向に直交する断面の面積は互いに等しい。
【0158】
図２４は、ダブルロッドシリンダ２９０を駆動する油圧回路２７０の模式図である。ダブルロッドシリンダ２９０は、図２４に示されるように、シリンダ部２９１内に収容されたピストン部２９２を有している。ピストン部２９２は、筒状のシリンダ部２９１の長手方向（図２４においては、図中の上下方向）に往復移動可能である。ピストン部２９２は、シリンダ部２９１の内部空間を、第一室２９３と第二室２９４とに仕切っている。第１ロッド部２９５の基端は、ピストン部２９２に連結されている。第２ロッド部２９６の基端は、ピストン部２９２に連結されている。
【0159】
アタッチメント用電動機２２０の発生する駆動力をバケット１３に伝達する動力伝達装置２１０は、油圧回路２７０を有している。油圧回路２７０は、油圧ポンプ２６１とダブルロッドシリンダ２９０とを繋ぐ閉油圧回路（閉回路）である。油圧回路２７０は、第１油路（第１流路）２７１と、第２油路（第２流路）２７２とを有している。
【0160】
第１油路２７１は、油圧ポンプ２６１と、ダブルロッドシリンダ２９０の第一室２９３とを繋いでいる。油圧ポンプ２６１から吐出された作動油を、第１油路２７１を経由して、第一室２９３へ供給することができる。第２油路２７２は、第１油路２７１とは異なる流路であり、油圧ポンプ２６１と、ダブルロッドシリンダ２９０の第二室２９４とを繋いでいる。油圧ポンプ２６１から吐出された作動油を、第２油路２７２を経由して、第二室２９４へ供給することができる。
【0161】
油圧ポンプ２６１は、たとえば斜板式アキシャル型のポンプであり、可変斜板２６２を有している。油圧ポンプ２６１の駆動軸は、アタッチメント用電動機２２０の出力軸に接続されている。可変斜板２６２の角度は、たとえばソレノイドなどのアクチュエータにより、無段階で連続的に制御される。
【0162】
油圧ポンプ２６１の駆動軸は、アタッチメント用電動機２２０の駆動により回転する。これにより油圧ポンプ２６１は、油圧回路２７０内の作動油を加圧して、第１油路２７１と第２油路２７２とのいずれか一方に圧油を吐出する。油圧ポンプ２６１は、アタッチメント用電動機２２０の駆動力を作動油（流体）のエネルギーに変換する。この作動油のエネルギーが、第１油路２７１または第２油路２７２を通じて、ダブルロッドシリンダ２９０へ伝達される。
【0163】
作動油のエネルギーがダブルロッドシリンダ２９０に伝達されることにより、ダブルロッドシリンダ２９０が駆動する。具体的には、第１油路２７１を通って第一室２９３に圧油が供給されることにより、ピストン部２９２が移動して、第一室２９３の容積を増大するとともに第二室２９４の容積を減少させる。第２油路２７２を通って第二室２９４に圧油が供給されることにより、ピストン部２９２が移動して、第二室２９４の容積を増大するとともに第二室２９４の容積を減少させる。このピストン部２９２の移動によって、第１ロッド部２９５と第２ロッド部２９６とのいずれか一方がシリンダ部２９１から突き出し、いずれか他方がシリンダ部２９１内へ引き込まれる。
【0164】
第１油路２７１から第一室２９３に圧油が供給されるときに、ピストン部２９２の移動に伴って容積が減少する第二室２９４から流出する作動油が、第２油路２７２を通って油圧ポンプ２６１へ供給される。第２油路２７２から第二室２９４に圧油が供給されるときに、ピストン部２９２の移動に伴って容積が減少する第一室２９３から流出する作動油が、第１油路２７１を通って油圧ポンプ２６１へ供給される。油圧ポンプ２６１は、供給された作動油のエネルギーを、回生エネルギーとして回収することができる。エネルギーロスを低減できることにより、動力伝達装置２１０の効率が向上されている。
【0165】
チャージ通路２８０は、油圧回路２７０内の作動油の圧力が設定圧よりも低くなった場合に、作動油を油圧回路２７０内へ補充する。作動油タンク２８１内の作動油が、チャージポンプ２６３により汲み上げられて、油圧回路２７０内へ補充される。油圧回路２７０内へ補充される際に、サクションフィルタ２８２、ラインフィルタ２８３を経由することにより、作動油が清掃される。清掃されたクリーンな状態の作動油が、油圧回路２７０内に補充される構成とされている。
【0166】
チャージポンプ２６３は、アタッチメント用電動機２２０により駆動される。チャージポンプ２６３は、たとえば斜板式アキシャル型のポンプである。チャージポンプ２６３の駆動軸は、アタッチメント用電動機２２０の駆動により回転する。チャージポンプ２６３は、作動油タンク２８１から汲み上げた作動油を、第１油路２７１と第２油路２７２との各々へ補充する。
【0167】
チャージ通路２８０から第１油路２７１に作動油を補充する流路に、チェックバルブ２８４と、リリーフバルブ２８５とが配置されている。チャージ通路２８０から第２油路２７２に作動油を補充する流路にも、チェックバルブ２８４と、リリーフバルブ２８５とが配置されている。チェックバルブ２８４は、油圧回路２７０を閉回路にするためのバルブである。リリーフバルブ２８５は、油圧回路２７０内の圧力上昇を制限するバルブである。油圧回路２７０内の油圧がリリーフバルブ２８５の設定圧力を超えると、油圧回路２７０内の作動油が、リリーフバルブ２８５を通ってチャージ通路２８０に流入する。
【0168】
チャージポンプ２６３から吐出される作動油の流路には、チャージリリーフバルブ２８６が配置されている。チャージリリーフバルブ２８６は、第１油路２７１および第２油路２７２内の作動油の圧力が設定圧以上にならないように調整する。第１油路２７１および第２油路２７２内の作動油の圧力がいずれもチャージリリーフバルブ２８６の設定圧力以上であれば、チャージポンプ２６３から吐出された作動油は、チャージリリーフバルブ２８６を通って作動油タンク２８１へ戻される。
【0169】
以上説明した、第三実施形態の電動式ショベル３０は、図２３に示されるように、バケット１３をブーム１１に対して相対移動させる駆動力を発生するアタッチメント用電動機２２０を備えている。バケット１３の駆動源をアタッチメント用電動機２２０とし、バケット１３の動作を電動化することで、動力を削減でき、より環境に配慮した作業機械を実現することができる。
【0170】
図２３に示されるように、アタッチメント用電動機２２０は、車体フレーム３に搭載されている。作業機１０の先端のバケット１３を駆動させるアタッチメント用電動機２２０が、アーム１２に搭載されておらず、車体フレーム３に搭載されている。重量物を作業機１０に搭載しないことにより、作業機１０を軽量化することができる。重量物を車体フレーム３に搭載することにより、電動式ショベル３０の安定性を増大させることができる。
【0171】
作業中に負荷がかかるバケット１３から離れた位置にアタッチメント用電動機２２０を配置することにより、アタッチメント用電動機２２０に伝達される衝撃を低減できるので、アタッチメント用電動機２２０の信頼性を向上することができる。河川、港湾などの底面を浚う作業の場合にはバケット１３およびアーム１２が水中へ移動することになるが、車体フレーム３に搭載されているアタッチメント用電動機２２０に関しては水没を考慮しなくてもよくなるため、アタッチメント用電動機２２０を簡易な構成にすることができる。
【0172】
図２３，２４に示されるように、アタッチメント用電動機２２０の発生する駆動力をバケット１３に伝達する動力伝達装置２１０は、油圧ポンプ２６１と、油圧ポンプ２６１の吐出する圧油により駆動されるダブルロッドシリンダ２９０と、油圧ポンプ２６１とダブルロッドシリンダ２９０とを繋ぐ油圧回路２７０とを有している。従来の油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路は、作動油の流量を制御するためのバルブを有しているのに対し、実施形態の油圧回路２７０は、バルブを有さず油圧ポンプ２６１で作動油の流量を制御する。バルブでの圧損がないため、動力伝達装置２１０の効率を向上することができる。
【0173】
ダブルロッドシリンダ２９０の第一室２９３と第二室２９４との一方の部屋に入った作動油の同量の作動油が、他方の部屋から流出する。流出した作動油のエネルギーを、回生エネルギーとしてアタッチメント用電動機２２０で回収できる。エネルギーロスを低減できるので、動力伝達装置２１０の効率をさらに向上できる。閉油圧回路で駆動されるダブルロッドシリンダ２９０を用いてバケット１３を駆動させることで、動力を削減でき、より環境に配慮した作業機械を実現することができる。
【0174】
油圧回路２７０は、バケット１３を駆動するためのダブルロッドシリンダ２９０にのみ作動油を供給する。油圧回路２７０が、ブーム１１、アーム１２、旋回モータおよび走行モータなどの他の装置に作動油を供給しない独立回路であり、他の回路の干渉がないことで、バケット１３の刃先１３Ａの位置決め精度を向上することができる。
【0175】
図２３，２４に示されるように、ダブルロッドシリンダ２９０は、第１ロッド部２９５と第２ロッド部２９６とを有している。第１ロッド部２９５と第２ロッド部２９６とは、各々の基端がピストン部２９２に固定されており、各々の先端がシリンダ部２９１の外部に突き出している。ピストン部２９２の、第一室２９３の内面を構成する面積と、第二室２９４の内面を構成する面積とを等しくすることで、第一室２９３と第二室２９４との一方の部屋に入った作動油と同量の作動油を他方の部屋から確実に流出させることができる。第一室２９３に流入する油の流速と、第二室２９４から流出する油の流速とを、等しくすることができる。
【0176】
図２４に示されるように、油圧回路２７０は、油圧ポンプ２６１とダブルロッドシリンダ２９０の第一室２９３とを繋ぐ第１油路２７１と、油圧ポンプ２６１とダブルロッドシリンダ２９０の第二室２９４とを繋ぐ第２油路２７２とを有している。油圧ポンプ２６１から吐出された圧油を、たとえば第１油路２７１を経由させて第一室２９３に供給することができ、このとき、同量の作動油を第二室２９４から流出させ、第２油路２７２を経由させて油圧ポンプ２６１に戻すことができる。
【0177】
図２３に示されるように、ダブルロッドシリンダ２９０は、アーム１２に支持されている。バケット１３が連結されているアーム１２に、バケット１３を駆動させるダブルロッドシリンダ２９０を支持させることにより、ダブルロッドシリンダ２９０の第１ロッド部２９５がシリンダ部２９１に対して相対往復移動する動きによって、バケット１３を確実に動作させることができる。
【0178】
図２３に示されるように、ダブルロッドシリンダ２９０は、アーム１２に対して回転可能である。アーム１２に対して回転するバケット１３の動作に追随させて、ダブルロッドシリンダ２９０の延びる方向のアーム１２に対する角度を変化させることができる。これにより、バケット１３の姿勢に関わらずダブルロッドシリンダ２９０をアーム１２に支持させることができ、ダブルロッドシリンダ２９０の第１ロッド部２９５の動きによってバケット１３を確実に動作させることができる。
【0179】
これまでの実施形態では、作業機械の一例として電動式ショベル３０を挙げているが、電動式ショベル３０に限らず、ホイールローダなどの多関節型の作業機を備える他の種類の作業機械にも本開示の技術思想を適用可能である。
【0180】
以上のように実施形態について説明を行ったが、各実施形態において互いに組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせてもよい。また、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0181】
１ 車体、２ 旋回体、３ 車体フレーム、４ 運転室、４Ｌ 操作レバー、４Ｌ１ 根元部、４Ｌ２ 把持部、４Ｓ 運転席、７，８ 縦板、１０ 作業機、１１ ブーム、１２ アーム、１３ バケット、１３Ａ 刃先、１５ ブームフートピン、１６ アーム連結ピン、１７ アタッチメント連結ピン、２１ バケットリンク、２２ 第１部材、２３ 第２部材、２４，２５，２６ リンクピン、３０ 電動式ショベル、１００ 電動機、１１０ ブーム用電動機、１１１ 第１ブーム用電動機、１１２，１２２，２２７，２３７ 出力軸、１１３，１２３，２２５，２３５ 遊星歯車減速機、１１４，１２４ サンギヤ、１１５，１２５ プラネタリギヤ、１１６，１２６ リングギヤ、１１７，１２７ ギヤードモータ、１１８，１２８ 連結軸、１１９ 第１ブーム用出力ギヤ、１２１ 第２ブーム用電動機、１２９ 第２ブーム用出力ギヤ、１３１ ブーム用歯車部材、１４０ アーム用電動機、１４１ 第１アーム用電動機、１４９ 第１アーム用出力ギヤ、１５１ 第２アーム用電動機、１５９ 第２アーム用出力ギヤ、１６０，２１０ 動力伝達装置、１６１ アーム用歯車部材、１６２ 回動部材、１７０ アームリンク、１７１ 第１リンク部材、１７２ 第２リンク部材、１７３ 中間部材、１７４，１７５，１７６，１７７ 連結ピン、２２０ アタッチメント用電動機、２２１ 第１電動機、２２２，２３２ フレキシブルシャフト、２２３，２２４，２３３，２３４ かさ歯車、２２８，２３８ ピニオン、２２９ 緩衝機構、２３１ 第２電動機、２４０ ラック、２５０ 支持部材、２６１ 油圧ポンプ、２７０ 油圧回路、２７１ 第１油路、２７２ 第２油路、２８０ チャージ通路、２８１ 作動油タンク、２９０ ダブルロッドシリンダ、２９１ シリンダ部、２９２ ピストン部、２９３ 第一室、２９４ 第二室、２９５ 第１ロッド部、２９６ 第２ロッド部、２９８ ブラケット、２９９ 支持ピン。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】